面对严峻的形势，项梁决定凭借自己优异的战绩、强大的实力和楚国贵族后裔的身份，召集各路诸侯到薛城共同商讨建立反秦联盟事宜。不久，薛城会议正式召开，凭借绝对的实力和崇高的威望，项梁成为各路义军的公认的领袖。但范增建议项梁拥立放牛娃熊心为名义上的共主，以减少压力，更方便地团结各路义军，项梁答应了范增的计划，但实际上熊心只是一个傀儡，一切大权都牢牢掌握在项梁手中。

　　薛城会议意义重大，它使各地分散的反秦势力联合起来，从战略上改变了起义军所面临的不利形势，大大提高了各路起义军的生存能力和作战能力。更重要的是，这次会议确立了各路义军共同进攻章邯的决定，这就为后来发生的巨鹿之战奠定了基础。

　　公元前208年7月，项梁率军攻破山东济宁。但与此同时，章邯率领的秦军也一路打到了山东，正在围攻田荣所部。田荣见势不妙，急忙向项梁求援，项梁一路急行军，长途奔袭，与田荣里应外合，大败章邯于东阿城下。章邯收拾残兵向西夺路而逃。项梁派项羽和刘邦一路紧追不舍，在今山东菏泽一带两军再次相遇，章邯战败，继续向西奔逃，一路逃到了濮阳。不久，项梁挥师向濮阳进击，章邯出城迎战，两军在濮阳以东遭遇，打得十分激烈，最终秦军战败，章邯逃回濮阳城，坚守不出。

　　这样，项梁在三个月的时间里三次击败章邯，秦军士气受到了极大的打击，同时，项梁也通过一次次的胜利巩固了自己的义军领袖地位，坚定了战胜秦军的决心。

　　经过短时间的休整后，项梁再次向濮阳发起攻击，但章邯坚守不出，项梁始终无法攻破濮阳城，就决定暂时放弃濮阳，先攻定陶。同时，项羽和刘邦继续配合，在河南雍丘大败秦军，杀死了三川郡守李由，取得了重大胜利。